Исследователи с помощью искусственного интеллекта нашли нанотело, способное блокировать один из ключевых механизмов маточных сокращений. В опытах на беременных мышах кандидат Nb2G5 примерно на три часа задерживал начало преждевременных родов, а в экспериментах с человеческими клетками подавлял сокращение гладкой мускулатуры матки.
Мишенью Nb2G5 стал рецептор окситоцина. Окситоцин связывается с рецептором на клетках матки и запускает сигнальную цепь, которая заставляет гладкую мускулатуру сокращаться. Блокирование рецептора позволяет ослабить сокращения и выиграть дополнительное время при угрозе преждевременных родов, которыми считают роды до завершения 37-й недели беременности.
Нанотела представляют собой компактные однодоменные антитела. Авторы использовали белковый дизайн с помощью ИИ, чтобы облегчить поиск молекул, способных связываться с внешней частью рецептора окситоцина. После нескольких этапов отбора из синтетической библиотеки исследователи получили четыре нанотела с блокирующей активностью, среди которых Nb2G5 показало лучший результат.
По силе подавления человеческого рецептора Nb2G5 оказалось сопоставимо с атозибаном, препаратом, который уже применяют для подавления преждевременной родовой деятельности. При этом различия проявились в избирательности. Атозибан воздействует не только на рецептор окситоцина, но и на близкородственный вазопрессиновый рецептор V1a, тогда как Nb2G5 в лабораторных тестах заметной блокирующей активности против V1a не показало.
Структурный анализ объяснил такую работу молекулы. С помощью криоэлектронной микроскопии исследователи получили структуры комплексов четырех нанотел с рецептором с разрешением от 3,0 до 3,4 ангстрема. Nb2G5 закрывает внешнюю часть рецептора подобно крышке, а одна из его петель входит в участок связывания окситоцина. Нанотело конкурирует с гормоном за тот же карман и одновременно удерживает рецептор в неактивной форме, не позволяя запустить сигнал сокращения.
В модели с человеческими клетками гладкой мускулатуры матки Nb2G5 уменьшало их сократимость. При максимальной испытанной концентрации эффект оказался сопоставим с действием атозибана. Такой результат важен, поскольку показывает работу молекулы не только на изолированном рецепторе, но и в клеточной модели ткани, непосредственно участвующей в родах.
Следующий эксперимент провели на беременных мышах, у которых преждевременные роды искусственно вызывали липополисахаридом на 15,5-й день беременности. Без лечения животные рожали до 19-го дня. Введение Nb2G5 задерживало начало родов примерно на три часа и увеличивало интервалы между рождением детёнышей. Масса плодов также возрастала, тогда как их количество не менялось.
Результат на мышах оказался умеренным, и авторы нашли важное объяснение. Nb2G5 действует на мышиный рецептор окситоцина примерно в 16 раз слабее, чем на человеческий, из-за небольших различий в строении участка связывания. Поэтому эффективность препарата в мышиной модели нельзя напрямую использовать для оценки возможного действия у людей.
Исследователи рассматривают нанотела как возможную основу для нового поколения препаратов против преждевременных родов. Крупные белковые молекулы в целом хуже проникают через биологические барьеры, чем многие низкомолекулярные лекарства, поэтому авторы рассчитывают снизить воздействие терапии на плод. Однако непосредственное прохождение Nb2G5 через плаценту в представленных экспериментах не проверяли, а клинических испытаний с участием беременных женщин пока не проводилось.
До превращения Nb2G5 в лекарство потребуется дополнительная белковая инженерия. Авторы указывают на необходимость повысить стабильность молекулы, увеличить время её нахождения в организме и дополнительно усилить связывание с рецептором. Пока работа показывает принципиальную возможность точечно блокировать рецептор окситоцина нанотелом и использовать ИИ при поиске подобных молекул, а не готовый способ лечения преждевременных родов.